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      <title>MPLS入门笔记 |  hangfei&#39;blog</title>
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  MPLS入门笔记
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  <time datetime="2022-07-26T14:08:47.449Z" itemprop="datePublished">2022-07-26</time>
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  <h2 id="MPLS解决了什么问题？"><a href="#MPLS解决了什么问题？" class="headerlink" title="MPLS解决了什么问题？"></a><strong>MPLS解决了什么问题？</strong></h2><p>传统的路由网络里面，当一个（无状态的）网络层协议数据包（例如IP协议报文）在路由器之间游荡时，每个路由器都是独立的对这个数据包做出路由决策。<strong>路由决策就是路由器决定数据包如何路由转发的过程。</strong>路由决策在后面会多次提到，在这里指，每个路由器都需要分析包头，根据网络协议层的数据进行运算，再基于这些分析和运算，独立的为数据包选择下一跳（next hop），最后通过next hop将数据包发送出去。以IP协议报文为例，路由决策是基于目的IP地址，路由器根据目的IP地址，选择路由条目，再做转发。路由决策可以认为是由两部分组成：</p>
<ul>
<li>分类，将特定的数据包归属为一个等价转发类（Forwarding Equivalence Classes，FECs）</li>
<li>查找，查找FEC对应的next hop</li>
</ul>
<p><img src="/images/pic/MPLS_1.jpg" alt="MPLS_1"></p>
<p>对于同一个路由器来说，同一个FEC必然对应同一个next hop，那么属于同一个FEC的所有网络数据包必然会走同一条路径转发出去。（注，在多链路负载均衡的情况下，一个FEC也可能对应一组next hop，但是逻辑上还是能看成是一个next hop，因为殊途同归！）</p>
<p>具体到IP协议报文，当多个IP协议报文的目的地址都对应路由器的一条路由，且这条路由是所有路由里面最长匹配（longest match）的路由，那么对于这个路由器来说，就会认为这两个IP协议报文属于一个FEC。因此，这两个数据包就会走同一条路径出这个路由器。这就是我们最常见到的路由转发。</p>
<p>需要注意的是，这里的FEC是针对路由器的，而不是全局的。举个例子，目的地址为192.168.31.1和192.168.31.100的两个IP协议报文，第一个路由器具有192.168.31.0/24这条路由，那么在第一个路由器它们属于同一个FEC，都会被转发到第二个路由器。第二个路由器具有192.168.31.0/26和192.168.31.0/24两条路由，并且两条路由的next hop不一样。因为192.168.31.0/26能更精确的匹配192.168.31.1，所以192.168.31.1匹配第一条路由，而192.168.31.100匹配第二条路由，最终，这两个IP协议报文在第二个路由器被认为是不同的FEC，从不同的路径出去。这就是每个路由器都需要独立的做路由决策的原因之一。</p>
<p>路由器的工作原理如下图所示：</p>
<p><img src="/images/pic/MPLS_2.png" alt="MPLS_2"></p>
<p>由于每个路由器都需要独立的路由决策（虽然会有这样那样的缓存机制加速决策），而路由器的收发队列一旦满了，就会丢包。所以在一个高流量，高容量的网络里面，无疑对每个路由器的要求都很高（否则就会丢包了！）</p>
<p>针对这个问题，MPLS提出了类似的，但是更简单的另外一种路由决策的方法。</p>
<p>传统的路由决策，路由器需要对网络数据包进行解包，再根据目的IP地址计算归属的FEC。而MPLS提出，当网络数据包进入MPLS网络时，对网络数据包进行解包，计算归属的FEC，生成标签（Label）。当网络数据包在MPLS网络中传输时，路由决策都是基于Label，路由器不再需要对网络数据包进行解包。并且Label是个整数，以整数作为key，可以达到O(1)的查找时间。大大减少了路由决策的时间。这里的Label就是MPLS里面的L。需要注意的是Label在MPLS网络里面，是作为网络数据包的一部分，随着网络数据包传输的。</p>
<p>也就是说，在MPLS网络里面，数据被封装在了盒子里，上面贴了标签，每个经手的人只需要读标签就知道盒子该送到哪。而传统的路由网络里面，每个经手的人都需要打开盒子，看看里面的内容，再决定送往哪。</p>
<p>这里提到了MPLS网络，这是一个由相连的，支持MPLS的设备组成的网络。打上MPLS标签的数据可以在这个网络里面传输。MPLS的核心就是，<strong>一旦进入了MPLS网络，那么网络数据包的内容就不再重要，路由决策（包括FEC归属的计算，next hop的查找）都是基于Label来进行的。</strong></p>
<p>从目前看，MPLS带来的好处是，在MPLS网络里面，除了边界路由器，其他路由器可以由一些支持Label查找替换的低性能的交换机，或者路由器来完成。这一方面降低了组网的成本，另一方面提升了同样性能设备的转发效率。不过，随着路由器的发展，这方面的优势弱化了，而且，类似的问题，也不一定需要MPLS来解决。<strong>MPLS的价值更多的在于其他方面。</strong>不过初步理解MPLS，就先说这些。到目前为止，MPLS里面的M，P，L都介绍过，S其实也隐含的介绍过，S是Switching的意思，即基于Label做路由决策的意思，或者说标签交换里面的交换。相信大家也明白了为什么说MPLS是一种高效的数据传输的技术。</p>
<h2 id="MPLS术语"><a href="#MPLS术语" class="headerlink" title="MPLS术语"></a><strong>MPLS术语</strong></h2><p>相较于传统的路由交换技术，MPLS是一个全新的世界，因此有必要对MPLS中的一些术语和角色做一些解释。同时，为了表述简单，后面都用IP协议报文代替网络数据包来进行描述。</p>
<ul>
<li><p>FEC（Forwarding Equivalence Class）：交换等价类，前面描述过，同样的转发路径的网络数据包的集合。</p>
</li>
<li><p>MPLS网络：由支持MPLS的，相连的设备的构成。</p>
</li>
<li><p>LSH（Label Switching hop）：IP协议报文从一个MPLS设备发送到另一个MPLS设备，区别于传统的路由交换，LSH是基于Label的转发。</p>
</li>
<li><p>NHLFE（Next Hop Label Forwarding Entry）：LSR中用来转发条目，相当于路由表之于路由器。包含了：</p>
</li>
<li><ul>
<li><p>下一跳：nexthop</p>
</li>
<li><p>对数据包的当前label需要做的操作，包括了：</p>
</li>
<li><ul>
<li>替换（SWAP）<br><img src="/images/pic/MPLS_4.png" alt="MPLS_4"></li>
<li>删除（POP）<br><img src="/images/pic/MPLS_5.png" alt="MPLS_5"></li>
<li>添加（PUSH）</li>
</ul>
</li>
</ul>
</li>
</ul>
<p><img src="/images/pic/MPLS_6.png" alt="MPLS_6"></p>
<ul>
<li><p>LER（Label Edge Router）：有的地方也叫做 MPLS edge node。顾名思义，MPLS网络的边缘设备。</p>
</li>
<li><ul>
<li>MPLS ingress node：进入MPLS网络的节点，也就是MPLS网络的入口路由器。该设备计算出IP协议报文归属的FEC，并把相应的Label放入IP协议报文。</li>
<li>MPLS egress node：出MPLS网络的节点，也就是MPLS的出口路由器。IP协议报文在这里回到传统的路由系统中。</li>
</ul>
</li>
<li><p>LSR（Label Switching Router）：支持MPLS转发的路由器。如果一个LSR有一个邻接的节点在MPLS网络之外，那么这个LSR就是LER。注意，这里的MPLS网络之外可以是：1.传统路由网络，2.另一个MPLS网络。</p>
</li>
<li><p>LSP（Label Switching Path）：特定的FEC中的IP协议报文所经过的LSR的集合。LSP通常也被称为MPLS tunnel。</p>
</li>
</ul>
<p><img src="/images/pic/MPLS_7.png" alt="MPLS_7"></p>
<h2 id="MPLS协议格式"><a href="#MPLS协议格式" class="headerlink" title="MPLS协议格式"></a><strong>MPLS协议格式</strong></h2><p>前面说了，MPLS把Label作为IP协议报文的一部分，存储在IP协议报文中。通常情况下，MPLS操作在OSI的2层（数据链路层）和3层（网络层）之间，因此也常常被认为是2.5层协议。这也就是MPLS能支持Multiprotocol的原因。Label不依赖于任何协议，直接定义在2-3层之间。当然，老司机们会说MPLS也可以在2层，例如MPLS-ATM和MPLS-FRMRLY。这种情况现在用的比较少，这里就不考虑。</p>
<p>MPLS的Label格式定义如下：</p>
<p><img src="/images/pic/MPLS_8.png" alt="MPLS_8"></p>
<ul>
<li>Label：前面提到过多次的Label，20bit的整数，也就是说Labe的容量是百万级的。虽然不是无限的，但是也很多了。</li>
<li>TC：之前的EXP，改名成TC，由<a href="https://link.zhihu.com/?target=https://tools.ietf.org/html/rfc5462">RFC5462</a>定义。</li>
<li>S：bottom of stack。什么是stack，一种常见的数据结构类型，特点是后进先出。S为1表明这已经是栈底了，即当前Label是IP协议报文最后一个MPLS标签。再执行一个POP操作，就能变成正常的IP协议报文了。</li>
<li>TTL：TTL在IP协议里面的作用主要是防止环路和用于traceroute等工具。在之前的文章<a target="_blank" rel="noopener" href="https://zhuanlan.zhihu.com/p/24982540">Traceroute</a>里详细介绍过。MPLS里面的TTL作用是一样的。当数据包进入MPLS网络，网络层中的TTL会被拷贝至MPLS的TTL，每一次LSH，TTL减1，数据包出MPLS网络，MPLS中的TTL会拷贝至网络层。</li>
</ul>
<p>刚刚提到了stack，MPLS中的Label不是指一个Label，而是由多个Label构成的Label Stack。</p>
<p><img src="/images/pic/MPLS_9.png" alt="MPLS_9"></p>
<p>为什么要Label Stack？</p>
<p>从前面的描述看，MPLS似乎用一个Label就可以满足要求了。多Label的一个应用场景就是嵌套的LSP。直接看图吧：</p>
<p><img src="/images/pic/MPLS_10.png" alt="MPLS_10"></p>
<p>对于IP1的报文来说，上层LSP就是由A-&gt;B组成。但是A并非直接转发给B的，而是通过另一个子LSP C1-&gt;C2-&gt;C3转发给的B。这么做，首先是因为A和B没有直接相连，没有办法直接转发。另一方面，因为IP1和IP2有一部分重合的路径，通过定义子LSP可以复用这部分路径。对于IP1和IP2来说，C1，C2，C3只需要存储一套NHLFE即可。</p>
<h2 id="MPLS网络拓扑"><a href="#MPLS网络拓扑" class="headerlink" title="MPLS网络拓扑"></a><strong>MPLS网络拓扑</strong></h2><p>看一个简单的MPLS网络：</p>
<p><img src="/images/pic/MPLS_11.png" alt="MPLS_11"></p>
<p>这个图里面的术语跟之前描述的不一样，不过其实这个图里的术语更常见。可以简单的翻译一下。</p>
<p>CE：前面没有介绍过，其实就是传统路由网络中与LER连接的路由器，可以理解成客户网络的边缘路由器。</p>
<p>PE：服务提供商的边缘路由器，对应LER。</p>
<p>P：服务提供商的路由器，对应LSR。</p>
<p>为什么会有这些术语上的不同，MPLS的提出本身是中立的，但是随着发展，现在应用最多的是电信网络，所以才有了customer provider这些概念，其实都是对应电信运营商网络中的设备。上图中间部分就是个MPLS网络，前面介绍过，MPLS网络中的IP报文都是带有MPLS标签的。下面来过一下工作过程：</p>
<ol>
<li>在所有的网络流量之前，PE路由器需要通过MPLS网络与远端PE路由器建立LSP。</li>
<li>客户网络从CE发来的非MPLS 报文，发送到了ingress PE路由器，也就是MPLS ingress edge node。</li>
<li>ingress PE 路由器通过运算得出IP协议报文归属于哪个FEC，并把相应的Label加到了IP协议报文。</li>
<li>IP协议报文沿着LSP传输，每个P路由器都根据自身的NHLFE，替换Label，再把报文传给下一跳。</li>
<li>在egress PE路由器，Label被从IP协议报文中删除，一个传统的IP协议报文又产生了。</li>
<li>IP协议报文被发送到了对端的CE路由器，最终进入了另一个客户网络。</li>
</ol>
<p>到此为止，MPLS的data plane描述完了。MPLS是个很大话题，如果还有下次的话，应该会说说LSP的建立过程，也就是LDP（Label Distribution Protocol）。</p>
<p>转载自知乎：<a target="_blank" rel="noopener" href="https://zhuanlan.zhihu.com/p/27232535">https://zhuanlan.zhihu.com/p/27232535</a></p>
 
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    <div class="reward-item">
      <img class="reward-img" src="/images/wechatpay.jpg">
      <span class="reward-type">微信</span>
    </div>
    
  </div>
</div>
    
<script src="/js/jquery-3.6.0.min.js"></script>
 
<script src="/js/lazyload.min.js"></script>

<!-- Tocbot -->
 
<script src="/js/tocbot.min.js"></script>

<script>
  tocbot.init({
    tocSelector: ".tocbot",
    contentSelector: ".article-entry",
    headingSelector: "h1, h2, h3, h4, h5, h6",
    hasInnerContainers: true,
    scrollSmooth: true,
    scrollContainer: "main",
    positionFixedSelector: ".tocbot",
    positionFixedClass: "is-position-fixed",
    fixedSidebarOffset: "auto",
  });
</script>

<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/jquery-modal@0.9.2/jquery.modal.min.js"></script>
<link
  rel="stylesheet"
  href="https://cdn.jsdelivr.net/npm/jquery-modal@0.9.2/jquery.modal.min.css"
/>
<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/justifiedGallery@3.7.0/dist/js/jquery.justifiedGallery.min.js"></script>

<script src="/dist/main.js"></script>

<!-- ImageViewer -->
 <!-- Root element of PhotoSwipe. Must have class pswp. -->
<div class="pswp" tabindex="-1" role="dialog" aria-hidden="true">

    <!-- Background of PhotoSwipe. 
         It's a separate element as animating opacity is faster than rgba(). -->
    <div class="pswp__bg"></div>

    <!-- Slides wrapper with overflow:hidden. -->
    <div class="pswp__scroll-wrap">

        <!-- Container that holds slides. 
            PhotoSwipe keeps only 3 of them in the DOM to save memory.
            Don't modify these 3 pswp__item elements, data is added later on. -->
        <div class="pswp__container">
            <div class="pswp__item"></div>
            <div class="pswp__item"></div>
            <div class="pswp__item"></div>
        </div>

        <!-- Default (PhotoSwipeUI_Default) interface on top of sliding area. Can be changed. -->
        <div class="pswp__ui pswp__ui--hidden">

            <div class="pswp__top-bar">

                <!--  Controls are self-explanatory. Order can be changed. -->

                <div class="pswp__counter"></div>

                <button class="pswp__button pswp__button--close" title="Close (Esc)"></button>

                <button class="pswp__button pswp__button--share" style="display:none" title="Share"></button>

                <button class="pswp__button pswp__button--fs" title="Toggle fullscreen"></button>

                <button class="pswp__button pswp__button--zoom" title="Zoom in/out"></button>

                <!-- Preloader demo http://codepen.io/dimsemenov/pen/yyBWoR -->
                <!-- element will get class pswp__preloader--active when preloader is running -->
                <div class="pswp__preloader">
                    <div class="pswp__preloader__icn">
                        <div class="pswp__preloader__cut">
                            <div class="pswp__preloader__donut"></div>
                        </div>
                    </div>
                </div>
            </div>

            <div class="pswp__share-modal pswp__share-modal--hidden pswp__single-tap">
                <div class="pswp__share-tooltip"></div>
            </div>

            <button class="pswp__button pswp__button--arrow--left" title="Previous (arrow left)">
            </button>

            <button class="pswp__button pswp__button--arrow--right" title="Next (arrow right)">
            </button>

            <div class="pswp__caption">
                <div class="pswp__caption__center"></div>
            </div>

        </div>

    </div>

</div>

<link rel="stylesheet" href="https://cdn.jsdelivr.net/npm/photoswipe@4.1.3/dist/photoswipe.min.css">
<link rel="stylesheet" href="https://cdn.jsdelivr.net/npm/photoswipe@4.1.3/dist/default-skin/default-skin.min.css">
<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/photoswipe@4.1.3/dist/photoswipe.min.js"></script>
<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/photoswipe@4.1.3/dist/photoswipe-ui-default.min.js"></script>

<script>
    function viewer_init() {
        let pswpElement = document.querySelectorAll('.pswp')[0];
        let $imgArr = document.querySelectorAll(('.article-entry img:not(.reward-img)'))

        $imgArr.forEach(($em, i) => {
            $em.onclick = () => {
                // slider展开状态
                // todo: 这样不好，后面改成状态
                if (document.querySelector('.left-col.show')) return
                let items = []
                $imgArr.forEach(($em2, i2) => {
                    let img = $em2.getAttribute('data-idx', i2)
                    let src = $em2.getAttribute('data-target') || $em2.getAttribute('src')
                    let title = $em2.getAttribute('alt')
                    // 获得原图尺寸
                    const image = new Image()
                    image.src = src
                    items.push({
                        src: src,
                        w: image.width || $em2.width,
                        h: image.height || $em2.height,
                        title: title
                    })
                })
                var gallery = new PhotoSwipe(pswpElement, PhotoSwipeUI_Default, items, {
                    index: parseInt(i)
                });
                gallery.init()
            }
        })
    }
    viewer_init()
</script> 
<!-- MathJax -->

<!-- Katex -->
 
    
        <link rel="stylesheet" href="https://cdn.jsdelivr.net/npm/katex@0.11.1/dist/katex.min.css">
        <script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/katex@0.11.1/dist/katex.min.js"></script>
        <script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/katex@0.11.1/dist/contrib/auto-render.min.js"></script>
        
    
 
<!-- busuanzi  -->
 
<script src="/js/busuanzi-2.3.pure.min.js"></script>
 
<!-- ClickLove -->

<!-- ClickBoom1 -->

<!-- ClickBoom2 -->

<!-- CodeCopy -->
 
<link rel="stylesheet" href="/css/clipboard.css">
 <script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/clipboard@2/dist/clipboard.min.js"></script>
<script>
  function wait(callback, seconds) {
    var timelag = null;
    timelag = window.setTimeout(callback, seconds);
  }
  !function (e, t, a) {
    var initCopyCode = function(){
      var copyHtml = '';
      copyHtml += '<button class="btn-copy" data-clipboard-snippet="">';
      copyHtml += '<i class="ri-file-copy-2-line"></i><span>COPY</span>';
      copyHtml += '</button>';
      $(".highlight .code pre").before(copyHtml);
      $(".article pre code").before(copyHtml);
      var clipboard = new ClipboardJS('.btn-copy', {
        target: function(trigger) {
          return trigger.nextElementSibling;
        }
      });
      clipboard.on('success', function(e) {
        let $btn = $(e.trigger);
        $btn.addClass('copied');
        let $icon = $($btn.find('i'));
        $icon.removeClass('ri-file-copy-2-line');
        $icon.addClass('ri-checkbox-circle-line');
        let $span = $($btn.find('span'));
        $span[0].innerText = 'COPIED';
        
        wait(function () { // 等待两秒钟后恢复
          $icon.removeClass('ri-checkbox-circle-line');
          $icon.addClass('ri-file-copy-2-line');
          $span[0].innerText = 'COPY';
        }, 2000);
      });
      clipboard.on('error', function(e) {
        e.clearSelection();
        let $btn = $(e.trigger);
        $btn.addClass('copy-failed');
        let $icon = $($btn.find('i'));
        $icon.removeClass('ri-file-copy-2-line');
        $icon.addClass('ri-time-line');
        let $span = $($btn.find('span'));
        $span[0].innerText = 'COPY FAILED';
        
        wait(function () { // 等待两秒钟后恢复
          $icon.removeClass('ri-time-line');
          $icon.addClass('ri-file-copy-2-line');
          $span[0].innerText = 'COPY';
        }, 2000);
      });
    }
    initCopyCode();
  }(window, document);
</script>
 
<!-- CanvasBackground -->

<script>
  if (window.mermaid) {
    mermaid.initialize({ theme: "forest" });
  }
</script>


    
    <div id="music">
    
    
    
    <iframe frameborder="no" border="1" marginwidth="0" marginheight="0" width="200" height="52"
        src="//music.163.com/outchain/player?type=2&id=22707008&auto=1&height=32"></iframe>
</div>

<style>
    #music {
        position: fixed;
        right: 15px;
        bottom: 0;
        z-index: 998;
    }
</style>
    
    

  </div>
</body>

</html>